一种新的动态轨迹综合方法的研究 ——混合驱动机构设计的研究

论文摘要

混合驱动机构是由常速电机和伺服电机共同驱动,实现终端执行器的柔性输出。混合驱动机构既具有以常速电机驱动的传统机构的特点：承载能力高、运行平稳；同时,也具备了机器人机构的特点：输出运动规律可控、可调。由于只采用一个伺服电动机,相对于全伺服电机驱动机械系统成本较低。自Tokuz在1992年首次提出混合驱动系统的概念以来,已经有对于这个系统的许多研究。然而,其中大部分的研究都仅仅基于传统的机构设计理论。本文提出了一个新的混合驱动系统设计理念,既涉及到传统的机构设计理论,有借鉴了机器人学的设计与控制的理论。另外,通过对混合驱动机构的研究现状分析,可以发现当前的混合驱动机构的设计理念很少有考虑包含有刚体、阻尼、惯性等动态行为,似乎只适用于五杆或者七杆机构。具体来讲,本文主要的结论有以下三点：1,通过对混合驱动机构逆运动学分析的特性的分析总结,得到了两点发现：(1)混合驱动机构的逆运动学分析可能出现三种情形——没有解、有确切的解、无限的数值解或者不确定的解；(2)混合驱动的轨迹综合问题需要首先进行逆运动学分析。2、提出了一种通用的混合驱动机构逆运动学分析方法,适用于任意数量的构件和任意数量的电机的混合驱动机构；另外,在此方法的研究过程中,发展了一种针对齿轮连杆机构的阿苏尔杆组机构分析方法。3、提出了一个通用的混合驱动机构轨迹综合问题的方法论。该方法考虑了系统的动态行为(刚体、阻尼、惯性),能够实现一个更精确的运动轨迹。本文主要贡献在于拓展了轨迹综合的研究范畴,将混合驱动机构引入到了轨迹综合问题的研究对象中,并提出了考虑动态行为的混合驱动机构的轨迹综合的相关理论和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 本课题的研究问题
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 国内外相关研究的分析
• 1.3 本论文的研究目标
• 1.4 本论文的内容安排
• 第二章 混合驱动机构的轨迹综合理论研究
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 机构的轨迹综合
• 2.1.2 驱动机构的分类
• 2.1.3 机构的正运动学分析与逆运动学分析
• 2.2 混合驱动机构的轨迹综合
• 2.3 混合驱动机构的逆运动学
• 2.4 文献中两种逆运动学分析方法的比较
• 2.4.1 在第一类轨迹综合（轨迹生成）问题上的比较
• 2.4.2 在第二、三、四类轨迹综合问题上的比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 广义的阿苏尔杆组的概念
• 3.1 阿苏尔杆组概念
• 3.2 一种发现新的阿苏尔杆组的系统方法
• 3.3 齿轮连杆机构的阿苏尔杆组
• 3.4 实例验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 一种通用的混合驱动机构的逆运动学分析方法
• 4.1 机构系统运动学分析的通用理念
• 4.2 混合驱动机构的基本模块
• 4.3 混合驱动机构的逆运动学分析的通用方法
• 4.4 实例分析及验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 混合驱动机构的动态轨迹综合的设计框架
• 5.1 混合驱动五杆机构机电耦合的动力学模型
• 5.1.1 平面五杆机构的动力学方程
• 5.1.2 电机的动力学方程
• 5.1.3 混合驱动五杆机构机电耦合的动力学模型
• 5.2 一个通用的设计框架
• 5.3 实例仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 小节及结论
• 6.2 本文的贡献
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢